水电站机电设备之第三章.ppt

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1、第三章水轮机的特性及选型第一节水轮机的相似原理及单位参数水轮机的特性参数：H、Q、n、N、、等。试验研究：原型试验、模型试验对直径大于1米的水轮机来说，如进行水轮机原型的实验来修正理论计算，是既不经济而又非常困难的，甚至有时不可能实现。这样，就需将水轮机原型按比例缩小为模型，然后在实验室的条件下，进行水轮机的模型试验，通过模型试验再修正理论计算。这样便可保证制造速度快，费用低、试验测量方便而又正确，并且同时可以进行几个方案的试验，取其最好的方案。但模型试验结果如何换算到原型去？模型与原型如何保持相似？这就需研究它们之间的相互关系。相似原

2、理（模型原型）：相似条件、相似定律一、相似条件两水轮机相似水流运动满足流体力学的相似条件几何相似，运动相似和动力相似。1、几何相似：是指两个水轮机过流通道表面的所有对应角相等及所有对应线性尺寸成比例。即：：转轮叶片的进口安装角、出口安装角和可转动叶片的转角。：转轮直径、导叶高度和导叶开度。2、运动相似：过流流道内所有对应点的水流速度的方向相同，大小成比例，即各对应点的速度三角形相似。必要条件是几何相似。3、动力相似：所有对应点的水流质点所受到的作用力均是同名力（如压力，惯性力，粘滞力，重力，摩擦力等），而且各同名力方向相同，大小成比例。必要

3、条件是几何相似+运动相似。除了上述三个相似条件外，还有边界条件相似、初始条件相似，糙度相似，一般情况下，仅保证水流运动惯性力和压力的相似，对于粗糙度、粘滞力等次要因素，不计其影响，保持近似的力学相似。二、相似定律水轮机系列：具有几何相似、尺寸不同的水轮机所形成的系列。水轮机的相似工况：同一系列水轮机保持运动相似的工作状况简称为相似工况。相似定律（相似律，相似公式）：水轮机在相似工况下运行时，其各工作参数（如：水头H、流量Q、转速n等）之间的固定关系。由三个相似条件可知，在任一相似工况下，同一系列水轮机流道内各点的速度三角形存在一定的比例关系

4、。即：代入水轮机基本方程式：可得：Vx：表示水轮机流道内任意点的速度或分速度m/s；Kvx：对应Vx的流速系数。1、转速相似定律水轮机在转轮进口的圆周速度U1可写成：忽略粗糙度和粘性等不相似的影响时，相似水轮机在相似工况下有：即得转速相似定律：它表示相似水轮机在相似工况下其转速与转轮直径成反比，而与有效水头的平方根成正比。2、流量相似定律通过水轮机转轮的有效流量可按下式计算：Vm1：进口处的水流轴面流速；F1：进口处的过水断面面积。又f：转轮进口的叶片排挤系数；α：综合系数，将Vm1，F1代入得：同样对模型水轮机有：相似α=αM,Kvm1=

5、Kvm1M流量相似定律：它表示相似水轮机在相似工况下其有效流量与转轮直径成正比，与其有效水头的平方根成正比。3、出力相似定律水轮机出力为：代入上式，且得：出力相似定律：表示相似水轮机在相似工况下其有效出力（）与转轮直径平方成正比，与有效水头的3/2次方成正比。三、单位参数参数转换尚存在的问题：1、ηH，ηV，ηm很难从η中分离出，且η也事先未知。2、对于水轮机模型试验时，所采用的模型转轮直径D1M和试验水头HM各不相同，因而所得模型参数也各不相同。对于上述问题的解决办法：对于问题1、：先假定ηH=ηHM，ηV=ηVM，ηm=ηmM和η=ηM

6、，在进行换算并根据经验作适当的修正。对于问题2、：将任一模型试验所得到的参数按照相似定律换算成D1M=1.0m和HM=1.0m的标准条件下的参数，并把这参数统称为单位参数。注意：1、同一系列的水轮机,在相似工况下单位参数相等；2、在水轮机型谱中，常用水轮机模型试验时效率最高的最优工况点的单位参数值，代表该系列（或型号）水轮机的工作性能，并称为最优单位参数，分别以表示。另外，为了保证水轮机在运行时具有较好的水力性能，确保安全运行，型谱中还规定了在限制工况下的单位流量，作为选型设计时推荐使用的最大单位流量；3、单位转速n11表示当D1=1m,时

7、该水轮机的实际转速。在相同的转轮直径和水头条件下，单位转速越大，则该系列水轮机的实际转速就越高，故它可反映不同系列水轮机的转速特性。因此，在选择水轮机时，要尽可能选择较高的水轮机，以缩小发电机的直径，降低机组造价；4、单位流量Q11表示当D1=1m,时，该系列水轮机的实际有效流量。在相同的直径和水头条件下，单位流量大，则水轮机的过水能力越大，故它反映了不同系列水轮机的过水能力。因此，在一定出力条件下，故选择单位流量大的机型可缩小水轮机直径，或在一定直径下，选择单位流量大的机型就能获得较大的水轮机出力；5、单位出力N11表示同系列水轮机D1=

8、1m，有效水头时的水轮机出力。总之，水轮机的单位参数是水轮机的重要参数。第一，它们分别表示惯性力相似和压力相似的准则，是判别几何相似的两个同型号水轮机运行工况相似的依据。两个同系